O que é cura UV?
Embora este artigo discuta o tópico ‘Matificação de Superfícies com Cura UV Excimer’, primeiro é importante explicar o que é cura UV.
A cura UV é uma tecnologia versátil empregada em uma variedade de aplicações de impressão e revestimento. É adequado para jato de tinta, flexografia, gravura, tela, offset, slot-die, haste Mayer, rolo, cortina e spray, entre muitos outros métodos de transferência e deposição.
Vapor de mercúrio, diodo emissor de luz (LED) e lâmpadas excimer fornecem energia UV para peças e substratos em ambientes de produção. Alguns processos de fabricação incorporam até combinações das três tecnologias para alcançar propriedades específicas que não seriam possíveis com uma única tecnologia de cura UV por si só.
A cura UV permite que conversores de banda estreita, média e larga coloquem rapidamente tintas, revestimentos, adesivos e extrusões em linha, ocupando pouco espaço e em alta velocidade, ao mesmo tempo que produzem propriedades de desempenho superiores às obtidas com materiais secos convencionalmente.
A cura UV não seca. É uma reação química de nível molecular que transforma materiais líquidos que são úmidos ao toque em polímeros reticulados que são totalmente secos ao toque. Para benefício dos conversores, essa transformação do material ocorre em uma fração de segundo.
As formulações UV são tipicamente 100% sólidas, não contêm transportadores líquidos que devam ser evaporados e não requerem secadores térmicos que consomem energia e que também transferem calor para a teia. Assim que a teia sai da estação de cura UV, ela fica imediatamente pronta para processamento adicional, laminação, corte, rebobinamento e envio.
Além disso, as superfícies curadas por UV não riscam, estragam ou são danificadas quando passam pelos componentes da linha de fabricação ou pelo equipamento de acabamento posterior. Tudo isso mantém os produtos em andamento fora do estoque, reduz o desperdício e facilita prazos de entrega mais rápidos.
As reações iniciadas por UV criam fortes ligações químicas entre as moléculas e proporcionam adesão superior aos substratos. Em comparação, os processos convencionais de secagem de folhas e folhas deixam sólidos residuais desconectados repousando na superfície de substratos não porosos, como filmes poliméricos e papéis revestidos, ou dispersos nas camadas superiores de materiais porosos, como papéis não revestidos. Outra característica dos processos de reticulação iniciados por UV é a geração de longas cadeias moleculares contínuas que conduzem a propriedades funcionais e estéticas altamente desejáveis e robustas.
Fosco vs Brilho
Os materiais curados por UV parecem naturalmente brilhantes e brilhantes. Isto é o resultado de as formulações UV serem 100% sólidas e terem baixos pesos moleculares. Essas duas características permitem que as formulações UV fluam de maneira suave e uniforme sobre a teia durante a aplicação e, em seguida, sejam imediatamente curadas no local. Superfícies lisas são inerentemente reflexivas, o que significa que a luz é direcionada para fora da superfície curada no mesmo ângulo de incidência. Quanto mais reflexiva for uma superfície, mais brilhante e espelhada ela parecerá.
Alternativamente, as superfícies foscas são ásperas e possuem maior área de superfície total. Como resultado, as superfícies foscas absorvem mais luz do que as superfícies brilhantes. As superfícies foscas também dispersam a luz refletida em diversas direções. Isto é conhecido como reflexão difusa e é a razão pela qual as superfícies foscas parecem opacas e exibem propriedades anti-reflexo e anti-impressão digital.
Os formuladores UV criam materiais foscos ou semibrilhantes adicionando agentes matificantes. Os agentes matificantes são partículas sólidas, como sílica pirogênica, carbonato de cálcio e cera ou pó de talco, que curam na superfície do material. A variação do tamanho das partículas e da composição desses aditivos afeta o modo como a luz é espalhada da superfície curada e, portanto, o quão fosca ela parece.
Infelizmente, existem limites para a quantidade de agentes matificantes que podem ser adicionados às formulações e para a subsequente redução do brilho que pode ser alcançada. Isto ocorre porque uma concentração muito grande de partículas sólidas diminui a transparência e aumenta a viscosidade, o que torna a formulação mais difícil de aplicar. A incorporação de lâmpadas UV excimer nos processos de cura permite que os conversores produzam superfícies foscas sem o uso de agentes matificantes.
Fontes de cura UV
Embora todas as tecnologias de vapor de mercúrio, LED e lâmpadas excimer emitam energia ultravioleta, os mecanismos que geram a energia, bem como as características da emissão UV correspondente, são muito diferentes. Compreender essas diferenças é fundamental para aplicar a tecnologia corretamente e maximizar seu valor.
Lâmpadas de vapor de mercúrio
As lâmpadas de vapor de mercúrio são um tipo de lâmpada de descarga de gás de média pressão na qual uma pequena quantidade de mercúrio elementar e uma mistura específica de gás inerte são vaporizadas em um plasma dentro de um tubo de quartzo selado. Uma vez vaporizado, o plasma de mercúrio gera uma saída UV de amplo espectro que irradia 360° do tubo de quartzo. Refletores de formato ideal localizados atrás do tubo de quartzo são usados para concentrar a energia UV emitida na teia ou folha. Uma imagem de várias lâmpadas de arco de mercúrio e um conjunto de cabeçote é fornecida na Figura 1 (a).
Você pode descobrir mais sobre os sistemas de lâmpadas de arco de mercúrio da GEW aqui.
Lâmpadas UV LED
As lâmpadas LED são componentes eletrônicos de estado sólido compostos de numerosos chips de materiais finos, semicondutores e cristalinos, conectados eletricamente em uma única linha ou em uma combinação de linhas e colunas. Quando os elétrons livres na região negativa do LED passam para a região positiva, eles transitam para um estado de energia mais baixa. A respectiva queda de energia é liberada do semicondutor como uma combinação de luz e calor. Qualquer calor emitido pelos LEDs é devido a ineficiências elétricas e não à energia infravermelha.
Os LEDs UV emitem faixas de energia de comprimento de onda quase monocromático quando conectados a uma fonte de energia CC. A luz emitida é projetada para frente de cada LED em 180° sem o uso de refletores, é ligada e desligada de forma rápida e fácil e possui ajuste linear completo de potência. Uma ilustração de três módulos LED integrados em um conjunto muito mais longo com muito mais módulos, bem como um cabeçote de LED correspondente é fornecida na Figura 1 (b). Cada um dos quadrados roxos no gráfico representa um único LED.
Você pode descobrir mais sobre os sistemas de cura UV LED da GEW aqui.
Lâmpadas Excimer
Assim como as lâmpadas de vapor de mercúrio, as lâmpadas excimer são um tipo de lâmpada de descarga de gás. As lâmpadas Excimer consistem em um tubo de quartzo que serve como barreira dielétrica. O tubo está cheio de gases raros capazes de formar moléculas de excímero ou exciplex. Diferentes gases produzem diferentes moléculas excitadas e determinam quais comprimentos de onda específicos são emitidos pela lâmpada.
Um eletrodo enrolado corre ao longo do comprimento interno do tubo de quartzo, enquanto os eletrodos de aterramento correm ao longo do comprimento externo. As tensões são pulsadas na lâmpada em altas frequências. Isso faz com que os elétrons fluam dentro do eletrodo interno e sejam descarregados através da mistura gasosa em direção aos eletrodos de aterramento externos. Este fenômeno científico é conhecido como descarga de barreira dielétrica (DBD).
À medida que os elétrons viajam através do gás, eles interagem com os átomos e criam espécies energizadas ou ionizadas que produzem moléculas excimer ou exciplex. As moléculas de excímero e exciplex têm uma vida incrivelmente curta e, à medida que se decompõem de um estado excitado para um estado fundamental, são emitidos fótons de distribuição quase monocromática. Uma imagem de uma lâmpada excimer e do cabeçote correspondente é fornecida na Figura 1 (c).
Você pode descobrir mais sobre os sistemas de cura por excimer da GEW aqui.
Diferenças críticas nos comprimentos de onda emitidos
Um dos diferenciais mais significativos das lâmpadas de arco de eletrodo, LED e excimer é a distribuição espectral. As lâmpadas de vapor de mercúrio são de banda larga, pois emitem uma mistura de VUV (100 a 200 nm), UVC (200 a 285 nm), UVB (285 a 315 nm), UVA (315 a 400 nm), UVV (400 a 450 nm), visível (400 a 700 nm) e infravermelho (700 nm a 1 mm). Embora a luz irradiada de qualquer comprimento de onda contenha energia que pode ser convertida em calor, os comprimentos de onda infravermelhos são a principal banda geradora de calor. As lâmpadas de cura LED emitem predominantemente bandas UV estreitas centradas em um dos seguintes: UVA (365, 385, 395 nm) ou UVV (405 nm), enquanto as lâmpadas excimer emitem bandas UV estreitas centradas em VUV (172 nm), UVC (222 nm) ou UVA (308, 351 nm).
Comprimentos de onda mais curtos, como VUV e UVC, têm penetração relativamente mínima através de filmes, juntamente com energia relativamente maior por fóton. Por outro lado, comprimentos de onda mais longos, como UVA e UVV, têm penetração relativamente maior através dos filmes, mas contêm menos energia por fóton. A relação entre a absorção do comprimento de onda e a profundidade de transmissão para cada banda ultravioleta de energia é ilustrada na Figura 2.
Superfícies matificantes com lâmpadas Excimer
Os fótons de UV a vácuo (100 a 200 nm) contêm a maior energia de todos os comprimentos de onda UV, mas são completamente absorvidos nos 10 a 200 nm superiores de um filme. Como resultado, as lâmpadas excimer de 172 nm reticulam apenas a superfície mais externa das formulações UV e devem sempre ser integradas em série com sistemas de mercúrio ou LED para atingir a profundidade total de cura.
Sempre que um filme UV aplicado é exposto a comprimentos de onda em torno de 172 nm em um ambiente inertizado com nitrogênio, a parte superior do filme enruga-se instantaneamente e se afasta do material subjacente não curado. Esse enrugamento introduz microdobras e aumenta a área superficial total da tinta ou revestimento. Isto torna o excimer ideal para matificação e elimina a necessidade de agentes matificantes.
Um processo de cura em dois estágios usa excímero para cura superficial e mercúrio ou LED para cura final. Um processo de cura de três estágios incorpora um LED de baixa potência ou uma lâmpada de arco de mercúrio dopado com gálio antes da lâmpada excimer. Esta lâmpada de “pré-gelificação” aumenta a viscosidade da tinta ou do revestimento para limitar o fluxo e melhorar a uniformidade da matificação em toda a teia; algum controle limitado sobre o nível de brilho também é alcançado. Uma ilustração de um processo de cura UV excimer escalonado é fornecida na Figura 3.
Enrugar a superfície de um filme usando lâmpadas excimer produz uma superfície mais áspera em comparação com vapor de mercúrio ou formulações curadas por LED. Superfícies mais ásperas permitem que maiores quantidades de luz sejam absorvidas pelo material curado, ao mesmo tempo que dispersam a luz refletida em muitas direções. O resultado é uma bela aparência fosca que oferece proteção anti-reflexo e anti-impressão digital, juntamente com resistência a manchas, abrasão química e física e ao desgaste sempre associada à cura UV. Classificações de brilho muito baixas, em torno de 2 GU, não são possíveis com agentes matificantes, mas são facilmente alcançadas com a cura UV excimer. Além disso, apesar de ter uma superfície mais áspera em comparação com materiais curados estritamente com vapor de mercúrio ou LED, o aumento da área superficial produzida com lâmpadas excimer também torna as superfícies curadas macias ao toque.
Aplicações de excímeros
A cura por Excimer UV em larguras de bandas e folhas de até 2,3 metros é utilizada em inúmeras aplicações de conversão industrial. Processos e produtos que exigem um acabamento fosco consistente e controlável são mais adequados para esta tecnologia. Exemplos são folhas de acabamento e embalagem, bem como papéis decorativos, todos os quais usam lâmpadas excimer para criar superfícies de qualidade em móveis e produtos de design de interiores. Pisos laminados e de PVC incorporados em salas e passarelas de alto tráfego, bem como em hospitais e laboratórios que desejam superfícies mais estéreis e resistentes a manchas também são usos comuns. Outros incluem peças e conjuntos de vidro e plástico usados em dispositivos eletrônicos, automóveis e outras indústrias onde são desejadas superfícies anti-reflexo e anti-impressão digital. Embora a tecnologia excimer não seja nova, certamente está recebendo cada vez mais atenção dos conversores e fabricantes de produtos. Isso ocorre porque a cura UV por excimer oferece uma incrível funcionalidade de desempenho do produto final que simplesmente não pode ser obtida usando qualquer outro método.
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